复旦大学附属中山医院
潘文志教授
医疗器械创新承载着改善患者生活品质、提升医生手术效率的希望，对我国“健康中国”战略的实施有着重要意义。近年来，越来越多的科研工作者致力于打通学术创新链和产业创新链，推动创新技术落地，但仍然面临着医疗器械研发热、转化难等现实困境。
机遇与挑战面前，如何顺势而上，将前沿技术成功转化落地？
潘文志教授基于三类植入性器械的创新研发，讲述了医疗器械创新的基本原则和五大要素。
医疗器械研发创新的
六大黄金法则
法则一：以临床需求和用户体验为导向
临床需求，是医疗器械的生命之源，对于器械创新而言，临床需求和医生的使用体会是至关重要的。临床需求需要满足受众足够多的条件，因为发病率高的病种容易处于创造风口，而基于发病率低的病种或罕见病的器械研发目前则较少，仍需新兴产品的出现。
此外，临床需求还应精准到器械的前置条件，从更加有效、更加安全、更加舒适、更加简便、更加经济的五项硬要求去评估器械特性，才能判断受众真正的临床需求与使用感受。
见微知著，以冠脉介入治疗和瓣膜病介入治疗为例，器械的发展和治疗方式的变化，也真实地映射出临床需求的更新过程。
· 冠脉介入治疗器械发展：从金属到可降解材料的革新
1977年世界第一例经皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）完成，为冠脉介入治疗开启了新篇章。但早期的经皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）处于球囊扩张时期，无法解决血管内膜下的炎症反应，新生内膜增生还会再次引起管腔狭窄，发生率高达25-50%，即使在后PTCA时代，PTCA引起的斑块破裂问题也依旧存在。1986年，第一例冠脉金属裸支架植入术（BMS）顺利完成，依靠裸金属钢梁撑在血管内虽然极大程度上解决了弹性回缩，但仍有约30%的患者会出现支架内再狭窄。随后，药物洗脱支架（DES）应运而生，其以不锈钢为支架骨架，搭载雷帕霉素或紫杉醇抗内膜增殖，能抑制支架植入后的新生内膜增生反应，有效降低支架内再狭窄的发生率，却还有内皮化进度延迟、晚期支架贴壁不良等固有缺陷。而以可降解聚合物或金属为支架骨架的完全可降解支架（BVS）和以血运重建为手段的血管恢复治疗（VRT），则成为了如今的科研热点，在冠脉介入治疗时的表现如何还有待长期的临床验证。
· 介入治疗需求的变化：从安全高效向舒适便捷兼容跃升
例如，心脏瓣膜病介入治疗器械与传统外科手术比，让患者更舒适，让医生手术更便捷。心脏电生理脉冲消融（PFA）技术，可针对性的破环心肌细胞膜，不损伤毗邻组织的完整性，解决射频和冷冻消融难以解决的最大痛点，因安全性高、手术时间短、减少并发症等优点深受医生术者的认可；无导线起搏器让患者彻底摆脱了导线和囊袋的困扰，佩戴舒适、并发症减少，极大地改善了患者体验。兼容性也是目前器械创新一个方向，如抗磁共振起搏器受到了欢迎。而封堵器作为介入治疗的植入物，目前仍存在结构密集、植入后无法通过微创介入治疗其他心脏疾病等弊端。
而医生对临床需求及用户体验具有天然的理解力。对此，医生要从临床的案例当中去思考，提出临床需求。如由葛均波院士团队搭建原始创意，与企业合作研发，顺利设计出的可穿刺封堵器ReAces，为患者保留了进行房间隔微创介入手术的机会，使得器械具有更大兼容性。
由此可见，临床医生在心血管诊疗器械研发中的作用贯穿始终，从创意到研发、临床试验阶段，都需要医生提供综合意见，研发团队综合判断。
法则二：以衍化至繁、大道至简为原则，寻找最简洁的解决方案
医疗器械因人而异，它所应用的患者个体及应用环境具有极大的变异度，因此必须用简洁明了的方案解决问题，这不仅能够方便用户使用，更重要的是可以降低器械故障率、提高器械稳定性。
2018年7月2日，葛均波院士团队用自主研发的微创介入治疗器械ValveClamp完成了全球首例经心尖二尖瓣夹合手术，标志着我国二尖瓣反流治疗进入新阶段。世界首个经心尖二尖瓣夹系统ValveClamp是一款更加适合中国国情的原创器械，操作非常简便，学习曲线短，设备要求低，不依赖于DSA机器及介入导管室，单纯超声下在普通手术室即可完成手术，非常利于技术快速普及，使得更多病人获益。
总的来说，“大道至简”在植入性器械的应用包括两方面：一是植入物少——减少外物相关副作用，二是靶点精确——减少对其他部位的影响。寻找最简洁的解决方案，正如蛇打七寸，一矢中的，是医疗创新的核心命题。
法则三：以医工结合为切入点
工欲善其事，必先利其器。医学原理是医疗器械的根基，是医疗器械创新的方向性问题，医疗器械创新必须要依靠可靠的医学原理。如果医学原理错误，那最终的结果就会南辕北辙，甚至成为无用功。
在医疗器械创新的过程中，利用既往已被验证的成熟医学原理，甚至是在成熟的医疗器械的基础上进行改造，才算稳妥的一种方式。
例如，经皮主动脉瓣置入术（TAVI）器械，无论是导管还是瓣膜，都是依据大量的医学文献和临床研究，经过科学成熟的医学原理验证得来的。除此之外，可能还会有新的医学原理或者新的器械设计被提出或改造，但如果要重新验证，会是一个漫长崎岖的过程。因此，在创新之前一定要加以思考，去充分的去验证，去论证究竟它的医学原理是否科学。
当然，工程工业技术是医疗器械创新的基础条件。医学原理提出来后必须由具体的产品(器械)来实施，而研制这样一个产品，就需要工业、工程技术、工程师的支持。没有可靠的工程技术支撑的医学原理，也仅是天马行空、纸上谈兵的想法而已，既往我国医疗器械创新落后，很大原因在于我国相关工业技术落后，原材料及加工水平低下，产业链不完整。有创造力的工程师，会根据成熟的医学原理，采用自己掌握的机械、工业原理，设计出全新的医疗器械。工程师则担当着产品性能优化、系统稳定性提高、产品规模化生产等环节任务。在这个过程中，需要有医学家的参与，给予使用反馈。由此可见，医疗器械创新是医工结合的产物，也是寻找医工最大公约数的过程。
而细观CCI的搭建平台，拥有大量的医学人员和工程师，每期学员分组，组内既有医学人员和工程师，这种模式也是基于对医工结合的理解。
法则四：以微创和重复干预为方向
对微创、无创的追求是医疗技术发展的永恒主题。
纵观人类医疗技术的发展史，就是一部从巨创到微创、从微创到无创的演变史。回顾医疗器械发展，支架植入代替冠脉搭桥，腔内大支架代替开放性血管外科手术，腹腔胸腔镜代替传统开腹开胸手术，内镜下治疗、经皮穿刺下治疗数量逐年升高等等，无不在演绎着这一规律。当前，结构性心脏病是介入心脏病学发展的最大热潮，它就是研发出能够用经导管微创方法，以替代传统外科手术。
然而，微创治疗和传统开放性手术在效果上可能是有些差别，甚至稍逊于它。这是因为，开放性手术，病变部位是打开、直视下观察，且局部空间充分，可以完成很多动作，而微创手术通常在狭小空间、间接影像指导、使用有限的器件下手术，可能无法完成复杂的手术操作和病变干预，因此在部分技术和病例中效果可能较传统开放性手术差，术后可能会复发。
此时，技术的再次干预性就变成很重要。比如TAVR瓣膜发生衰败再TAVR，心律失常射频消融复发再消融，冠脉支架术后出现新的病变再介入等。因此，介入治疗的精髓在于微创可以补偿疗效，安全性大于有效性。
法则五：以巧妙独特设计为钥匙
医疗器械的设计特点，简约而不简单，每一个精巧的产品，背后都经过了无数次严格的打磨与测试，潜藏着医学本质与科学规律。
器械的巧妙独特离不开五大技巧，即：一件多用、巧妙形变、材料工艺、拟合解剖、学科迁移。同时，研发者也需要具备两项要求：第一，深度专业。只有足够深度的专业知识和足够的专注，才能想到别人想不到的，理解别人所不能理解的，创造别人不能创造的。第二，不断试错。只有不断试错，才能迭代优化，做出完美产品。
法则六：以科学和艺术相结合为追求
一个理想的医疗器械，必定是科学和艺术的完美结合，必须是具有科学价值，同时又富有艺术性。
仔细观察每一个植入到体内的医疗器械，它的外形必定是流线性设计、富有美感，这和很多工业产品有棱有角设计截然相反。这是因为，去除菱角、流线形设计可以减少产品在手术过程中以及植入后对周围人体组织的损伤，并且流线型设计在应力分布才是均匀的，避免器械植入后局部受力不均发生断裂，提高其疲劳耐久性。输送系统等体外操作系统的流线型设计也可以提高用户体验，符合人体工程学标准，而美化、艺术性设计可以增加产品观赏性，提高用户对产品的好感。
在医疗器械研发创新过程中，往往会惊奇的发现，当一个器械性能达到最完美的时候，也是它的外形最有美感的时候。正如人体本身或者人体器官就是科学和艺术的完美结合，植入或者使用在人体的器械，也需要遵循这一规律，才能和人体兼容。
医疗器械创新研发的一般路径及要素
基于以上六大原则，所有创新者需要明确的是，创新的导向最终都指向临床需求。
因此，医疗器械创新研发在临床需求用户体验的基础上，还要重视医学原理、结构设计、原材料确立、制造工艺、实验验证五大要素。而对于一个优秀的介入治疗器械来说，也应该具备符合医学原理，容易实现导管化、容易操作，植入物少，靶点精确，可多次干预等条件，才能够成功转化，真正应用于临床。
当前，医疗器械已经成为大健康产业中最受瞩目的板块之一，我国医疗器械的研发已经步入一个新阶段，创新正逐渐成为主旋律。这就要求行业人士要转变思维，掌握医疗器械研发背后的存在规律，更加重视医学端在医疗器械创新中的作用，消除前沿理论与临床需求之间的壁垒。通过源源不断的创新活力，快速的技术跟随、精准的技术优化迭代及原研自主创新，让国产医疗器械逐步在高端市场发挥更大的价值。
“我们提出的医疗器械研发创新的六大黄金法则及五大要素，是团队深层次的思考和总结，可为行业医疗器械研发或投资提供重要参考。另外，没有执行力，一切都是空谈，所以执行力将作为第七黄金法则存在。希望所有创新者都能勇于发出质疑，相信别人所不相信的，质疑别人所不质疑的，最终有所创新，有所作为。”
——潘文志